Η αλληλεπίδραση της ακτινοβολίας με την ύλη δεν είναι μια απλή διαδικασία κατά την οποία τα φωτόνια μετατρέπονται σε ενέργεια κάποιας άλλης μορφής και τελικά εξαφανίζονται. Θα δώσουμε συνοπτικά τους διάφορους μηχανισμούς αλληλεπίδρασης των φωτονίων με τα άτομα της ύλης, που κυριαρχούν στις διάφορες περιοχές ενεργειών των ακτίνων Χ. 

Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο
Συμβαίνει όταν φωτόνιο των ακτίνων Χ απορροφάται από άτομο του μετάλλου και οδηγεί στην εκπομπή ηλεκτρονίων από τις εξωτερικές στιβάδες του ατόμου. Το άτομο έτσι ιονίζεται. Στη συνέχεια το ιονισμένο άτομο επιστρέφει στην ουδέτερή του κατάσταση με ταυτόχρονη εκπομπή άλλης ακτίνας χ, η οποία είναι χαρακτηριστική του ατόμου. Τα φωτόνια αυτά που έχουν γενικά χαμηλότερη ενέργεια, απορροφούνται με σχετική ευκολία από τα άτομα του μετάλλου. Ο μηχανισμός αυτός του φωτοηλεκτρικού φαινομένου κυριαρχεί σε ενέργειες των ακτίνων Χ άνω των 500 KeV. Η φωτοηλεκτρική απορρόφηση είναι επίσης χαρακτηριστικό των ατόμων με μεγάλους ατομικούς αριθμούς. 

Η Σκέδαση Compton
γνωστή επίσης και ως ασύμφωνη σκέδαση, συμβαίνει όταν το φωτόνιο της προσπίπτουσας ακτίνας Χ εκτινάσσει ένα ηλεκτρόνιο από το άτομο, ενώ συγχρόνως ένα φωτόνιο ακτίνας Χ με χαμηλότερη ενέργεια σκεδάζεται από το άτομο. Στο μηχανισμό αυτό εφαρμόζονται οι σχετικιστικές διατηρήσεις ενέργειας και ορμής και το φωτόνιο που σκεδάζεται αφού έχει μικρότερη ενέργεια, έχει και μεγαλύτερο μήκος κύματος από το αρχικό. Η σκέδαση Compton είναι σημαντική για άτομα με μικρούς ατομικούς αριθμούς. Σε ενέργειες της τάξης των 100 keV -- 10 MeV, η απορρόφηση των ακτίνων Χ οφείλεται κυρίως στο φαινόμενο Compton. 

Η παραγωγή ζεύγους
μπορεί να συμβεί όταν η ενέργεια του φωτονίου των ακτίνων Χ είναι μεγαλύτερη από 1,02 MeV. Τότε παράγονται ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο ενώ συγχρόνως εξαφανίζεται το φωτόνιο των ακτίνων Χ. Τα ποζιτρόνια είναι πολύ βραχύβια σωματίδια και εξαφανίζονται ταχύτατα με σχηματισμό δύο φωτονίων ενεργειών 0,51 MeV.  Η παραγωγή ζεύγους είναι ιδιαίτερης σημασίας όταν φωτόνια υψηλής ενέργειας περνούν μέσα από υλικά με υψηλούς ατομικούς αριθμούς. Ενέργεια: > 1.02 MeV

Άλλοι επίσης μηχανισμοί αλληλεπίδρασης, οι οποίοι για άλλες περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος μπορεί να είναι σημαντικές, για τις ακτίνες Χ είναι γενικά αμελητέοι και μόνο κάτω από ειδικές συνθήκες λαμβάνονται υπ όψιν. 
Αυτοί είναι:

Η σκέδαση Τhomson ή σκέδαση Rayleigh ή σύμφωνη σκέδαση.
Η κλασσική αυτή σκέδαση παίζει σημαντικό ρόλο κατά την αλληλεπίδραση της ορατής ακτινοβολίας με σωματίδια της τάξης μεγέθους του μήκους κύματος της ακτινοβολίας. Στις ακτίνες Χ όμως η αλληλεπίδραση αυτή έχει μικρή μόνο συμβολή στη συνολική αλληλεπίδραση της ακτινοβολίας με την ύλη. Όταν συμβαίνει πάντως, το φωτόνιο αλληλεπιδρά με το άτομο κατά τρόπο ώστε να μη συμβαίνει καμιά μεταβολή, ούτε στην εσωτερική ενέργεια του ατόμου, ούτε στην ενέργεια του φωτονίου. Δεν συμβαίνει δηλαδή καμιά απώλεια ενέργειας στο φωτόνιο. Η σκέδαση αυτή εκδηλώνεται κυρίως στην ίδια κατεύθυνση με της προσπίπτουσας ακτίνας.

Φωτοδιάσπαση πυρήνων
είναι η διαδικασία με την οποία το φωτόνιο των ακτίνων Χ συλλαμβάνεται από τον πυρήνα του ατόμου και οδηγεί στην εκπομπή ενός σωματιδίου μέσα από τον πυρήνα του ατόμου, όταν όλη η ενέργεια του φωτονίου προσφέρεται στον πυρήνα. Επειδή απαιτούνται υπερβολικά υψηλές τιμές ενέργειας φωτονίων, η διαδικασία αυτή δεν είναι συνηθισμένη για τις ακτίνες Χ που χρησιμοποιούμε στις εφαρμογές. Μπορεί να συμβαίνει όμως σε εργαστηριακά πειράματα ή σε αστρικές διαδικασίες.